GIS技术在城乡规划设计中的应用及前景分析★

2021-10-11郝从娜蔡可心鞠采坪

山西建筑 2021年20期

郝从娜,蔡可心,鞠采坪

(沈阳城市建设学院，辽宁沈阳 110167)

0 引言

随着我国城市化进程的加快和信息技术的飞速发展，城乡规划基础数据、业务数据等数据量剧增，规划管理也向信息化发展。2019年《中共中央国务院关于建立国土空间规划体系并监督实施的若干意见》指出将主体功能区规划、土地利用规划、城乡规划等空间规划融合为统一的国土空间规划，实现“多规合一”，随后自然资源部印发了《关于全面开展国土空间规划工作的通知》，标志着我国国土空间规划编制工作全面启动，而国土空间规划以城乡规划和土地规划为基础，需要地理学、土地资源学、生态学等多学科交叉知识，同时在国土空间规划中需要处理复杂多维的空间信息，地理信息系统(Geographic Information System，以下简称“GIS”)技术正是解决此类问题的主要技术途径，无论是庞大规划数据有效管理和基础分析，还是当前国土空间规划以及美丽乡村建设等均需要GIS技术的支持[1]。

1 GIS技术概述

GIS是一门综合性学科，结合地理学与地图学以及遥感和计算机科学，已经广泛的应用在不同的领域，是一种专门用于采集、存储、管理、分析和表达空间数据的信息系统，它既是表达、模拟现实空间世界和进行空间数据处理分析的“工具”，也可看作是人们用于解决空间问题的“资源”，同时还是一门关于空间信息处理分析的“科学技术”。随着GIS的发展，它可采用各种技术手段来处理地理信息，如数字化技术、存储技术、空间分析技术、建模技术、二三维可视化技术等。

2 GIS在规划设计各阶段中的应用

地理信息技术萌发于二十世纪五六十年代，早期在规划领域应用包括土地资源分析和成果表达、交通问题、景观规划设计等方面；20世纪80年代GIS广泛应用于各个领域包括城乡规划，GIS技术为城乡规划提供数据管理、分析、市政建设及环境监测，提高工作效率;20世纪90年代GIS的相关内容融入了规划专业之中，为规划领域培养储备GIS人才；21世纪GIS广泛应用于规划领域，并体现出其优越性(见图1)，但其技术应用深化还在不断探索中。GIS技术目前在国土空间规划中的应用主要表现在：在特定应用系统下建立专门的数据库，实现规划数据的集中管理，根据需求进行数据的查询、显示和专题图输出等，也可在特定信息系统中进行专题信息分析，为决策、理论研究服务等，GIS强大的空间分析技术为其主要应用潜力。

2.1 在规划现状调研及现状分析中的应用

由于人类活动土地利用信息在不断发生变更，利用遥感和GIS技术可快速获取变更数据，对规划基础数据进行更新，改变传统实地调研获取数据速度慢和缺少基础数据的问题，而且对于获取的现状数据可以利用GIS空间分析技术进行用地布局空间分析、现状地类分析，周边环境及区位分析等，辅助规划决策，提高规划师的工作效率和规划的科学性[2]。

规划领域基本实现数字化管理，但是属性数据和图形数据分开管理，不便于规划信息的查询和管理，利用GIS技术将规划相关数据如基础地形数据、用地许可数据、规划指标、规划成果图、文档资料等进行整合处理，建立了专门规划数据库和业务数据库，方便规划信息的查询、检索统计、显示、输出，实现管理的自动化、规范化和标准化[3]。

2.2 在总体规划中的应用

总体规划指对定时期内城市性质、发展目标、发展规模、土地利用、空间布局以及各项建设的综合部署和实施措施。在总体规划中的应用GIS对地形地貌、生态景观格局、城市发展格局等进行宏观分析，找出生态效益和经济效益相统一的发展模式，保障城市的可持续发展；通过城区不同年份用地扩张研究和现状各类用地布局分析，分析城市发展脉络和动力机制以及存在的问题，指导各类用地布局规划实践[4]；对现状用地进行适宜性评价，确定农业用地和建设用地的适宜性，并对其用地发展潜力分析；基于空间实体的人口承载规模预测，进而确定用地规模，结合基于GIS用地适宜性评价和聚类分析划定城镇建设边界和开发建设预留边界、永久基本农田和一般农业区；利用GIS技术进行区域生态保护重要性评价，进行生态保护重要性分级和分区，划定生态保护红线、指导生态廊道建设，保护生物多样性[5]；各类经济技术指标统计分析和经济结构构成、社会结构协调和理性等均体现了GIS应用的优越性。

2.3 在详细规划中的应用

详细规划分为控制性详细规划和修建性详细规划，控制性详细规划是以城市总全规划或分区规划为依据，确定建设地区的土地使用性质和使用强度的控制指标、道路和工程管线控制性位置以及空间环境控制的规划要求。控制性详细规划的重点问题是建筑的高度、密度、容积率等技术数据，依然是数据平衡问题。修建性详细规划以城市总体规划、分区规划或控制性详细规划为依据，制订用以指导各项建筑和工程设施的设计和施工的规划设计。城市详细规划的目的主要在于选定技术经济指标，提出建筑艺术处理要求，确定各项用地的控制性坐标和标高等，为城市设计提供依据。在详细规划中，可以运用GIS进行属性检索、算术与逻辑运算,也可以进行空间数据与属性的逻辑运算、缓冲区分析、叠加分析等，如分析已有公共设施的空间分布和服务范围，找出服务盲点，为设施规划提供科学决策；也可以对建筑密度、容积率等建筑经济指标进行空间查询量算，为建筑空间合理布局提供科学依据；对城市发展空间格局进行模拟、进行综合效益和可行性评价，辅助规划方案综合性评价和可行性选择，有利于城市可持续发展；也可以进行规划区域的地形、地貌、挖填方、地质等方面的基本地理分析，选择有利于建设发展规划的地形地貌，规避灾害风险。

2.4 在规划设计效果评价和规划监督中的应用

利用GIS技术可对规划设计效果实施情况进行评价，如重大基础设施规划选址分析评价，绿地系统规划分析评价、交通规划分析评价、建筑高度视线分析等，根据评价结果反馈规划设计；随着三维GIS和智慧城市技术的不断发展，可对规划区域进行三维模拟，借助虚拟现实技术实现规划场景再现，真实直观感受规划效果(如建筑高度、色彩和周围环境的融洽等，易于发现规划设计不足[6])。利用GIS、遥感(Remote Sensing,RS)、全球定位系统(Global Positioning System,GPS)技术(合称“3S技术”)对规划数据进行对比分析，实时快速监测规划实施情况，监督规划实施进度，给规划管理自动化带来便利。

3 GIS在规划应用中存在问题及前景分析

GIS技术已经在规划管理中得到广泛应用，并且随着目前国土空间规划的全面开展，在规划设计和辅助规划分析中逐步得到推广使用，虽然GIS在规划各个阶段均有较强的实用性和辅助规划决策的可行性，但是目前在规划设计过程中的应用还存在一些问题。

3.1 交叉学科知识的匮乏

GIS虽然为规划设计提供强大的空间分析功能，但其自身技术复杂，涉及多学科知识，内容繁多，并且目前市场上GIS软件种类多，对于非GIS人员来说软件操作及分析模块功能复杂，降低了规划人员学习GIS的积极性，由此规划人员欠缺GIS知识，难以实现两个专业领域间的贯通。虽然目前国内各高校规划专业开设了GIS课程，但是对于GIS在规划中的专门应用实践内容连接的不是很好，由此造成培养规划专业人士缺少专业间的融汇贯通，此领域人才严重匮乏[7]。

3.2 GIS在规划领域应用推广上的局限性

目前GIS技术在规划领域的应用主要体现在规划管理方面，建立专门的信息管理系统，实现基础数据的统一管理，利用信息系统实现信息检索分析等，为规划管理提供便利。由于GIS系统模块的复杂性以及规划设计人员GIS知识的欠缺，目前GIS技术在规划设计层面应用较少，还处于起步发展阶段，此外城市规划设计的非固定性和GIS环境的固定性，对GIS技术提出挑战，如何找出规划设计的一般规律性，为进一步研究开发规划设计专题信息系统打下基础[8]。

3.3 GIS应用前景分析

“3S”集成技术在规划中综合应用，利用RS和GPS可以快速获取最新基础数据，利用GIS进行分析，为规划管理和设计提供数据基础和决策依据。三维GIS和虚拟现实技术的集成发展，如目前发展较快建模软件BIM，CityEngine,Skech UP等均提供多数据格式以及与大型GIS软件格式的兼容性，虚拟现实硬件设备的不断发展均为规划的三维模拟和场景展示奠定了基础，借助三维GIS和虚拟现实技术实现城市规划设计成果的场景再现，身临其境感受规划成果，辅助规划反馈，提高规划设计可行性和缩短设计周期[9]。随着WebGIS的发展，可实现分布式数据库的数据共享，实现数据采集部门、数据管理部门和数据应用部门之间的利益分配，满足终端不同用户对信息数据的需求，为“多规合一”的实现提供技术支持[10]，同时随着我国天地图、国家基础地理信息平台等信息基础建设，为城市规划数据获取及基础数据共享奠定了良好基础。当前在国土空间规划大背景下，随着国土空间规划的提出及实施，GIS技术在国土空间规划“双评价”中的应用势必带动国土空间规划专门软件的诞生，为规划设计人员提供易于操作性信息系统，提高规划工作效率。